เคมีบรรยากาศ (Atmospheric chemistry) เป็นสาขาหนึ่งของบรรยากาศศาสตร์ที่ศึกษาถึงเคมีในบรรยากาศของโลกหรือของดาวเคราะห์อื่น เคมีบรรยากาศเป็นการวิจัยเชิงสหสาขาวิชาที่ครอบคลุมถึงเคมีสิ่งแวดล้อม ฟิสิกส์ อุตุนิยมวิทยา แบบจำลองคอมพิวเตอร์ สมุทรศาสตร์ ธรณีวิทยา และ วิทยาภูเขาไฟ และวิชาสาขาอื่นที่เกี่ยวข้อง การวิจัยได้เพิ่มความเข้มในการเชื่อมโยงกับสาขาวิชาอื่นๆ เช่น ภูมิอากาศวิทยามากขึ้น

ส่วนประกอบและเคมีของบรรยากาศมีความสำคัญด้วยเหตุผลหลายประการ ซึ่งในเบื้องต้นเนื่องมาจากปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นระหว่างบรรยากาศกับสิ่งมีชีวิต ส่วนประกอบของบรรยากาศถูกเปลี่ยนแปลงโดยกิจกรรมของมนุษย์ซึ่งการเปลี่ยนบางอย่างมีอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ พืชผลและระบบนิเวศ ตัวอย่างของปัญหาที่แสดงให้เห็นโดยเคมีบรรยกาศได้แก่ฝนกรด หมอกปนควันแบบโฟโตเคมี และ การอุ่นขึ้นของโลก เคมีบรรยากาศมุ่งที่จะแสวงหาความเข้าใจถึงสาเหตุของปัญหาเหล่านี้ และด้วยการค้นหาเพื่อให้ได้มาซึ่งความเข้าใจทางทฤษฎีนี้ จะช่วยให้เราสามารถทดลองวิธีการแก้ไขและทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงและการประเมินนโยบายของรัฐบาล